应力与瓦斯压力耦合效应的试验研究

发布时间：2020-11-07 14:37

　　 本文运用实验室试验、理论推导、数值模拟对含瓦斯煤应力与瓦斯压力耦合效应进行了研究。基于应力孔隙率响应模型及孔隙率瓦斯压力响应模型得到应力与瓦斯压力耦合规律。研究结果表明,瓦斯压力随着加载应力增加呈现先增大后减小趋势,根据含瓦斯煤全应力应变曲线,当体积应变向正向增加时,瓦斯压力随着应力增加而增加,两者呈正相关性;当体积应变向负向增加时,瓦斯压力随着应力增加而减小,两者呈负相关性。通过三轴压缩试验得到围压2MPa、4MPa、6MPa及初始瓦斯压力0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa下煤样的全应力应变曲线及物理力学参数,根据不含瓦斯煤剪切破坏角及Coulomb强度准则算得煤样内摩擦角约为26°。对不同围压及初始瓦斯压力下煤样弹性模量、峰值应变、峰值体积应变进行拟合,结果显示为较好的线性关系。通过假设初始孔隙率、体积模量、静水压力等物理参数构建应力与孔隙率响应模型,得到应力与孔隙率响应曲线。结果表明,煤样孔隙率随加载应力增加呈现明显先减小后增加的过程,并通过RFPA进行数值模拟,结果与应力孔隙率曲线变化趋势相符。根据应力孔隙率模型、孔隙与孔容关系、游离态瓦斯含量表达式建立应力-孔隙率-瓦斯压力耦合模型,以孔隙率为中间变量,得到含瓦斯煤应力瓦斯压力耦合规律。通过工作面煤层采动应力与瓦斯压力的实测得出在距离测站30m-40m处煤层瓦斯压力达到峰值,在瓦斯压力峰值前,瓦斯压力随着采动应力的增加而增加,在瓦斯压力峰值后,瓦斯压力随着采动应力的增加而减小。
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD712
【部分图文】：

１．４．２技术路线??根据本文研究内容，采用的研宄方法主要包括实验室试验、数值模拟、理论分析。??拟采取的技术路线图如图１所示。??调研收集资料｜?｜含瓦斯煤三轴????????应力－孔隙率响应模型｜?｜?ＲＦＰＡ数值模ｇｒ??＾＾??＾??｜工作面煤层采动应力与??Ｉ?应力－孔隙率响应关系?｜?瓦斯压力耦合规律???４ｋ?＾７???ｉｋ???加载应力与瓦斯压力耦合特征??图１技术路线图??Ｆｉｇ．ｌ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｒｏａｄｍａｐ??８??

地下工程煤（岩）体一般处于三相受力平衡状态，当受到开采扰动时，轴向应力产??生变化，使三相受力平衡状态被打破，此时煤（岩）体应力状态改变。根据上述煤（岩）??体的应力状态，试验室的三轴试验可以分为真三轴和假三轴（常规三轴）两种，如图３??所示。真三轴试验是试验试件处于三相不等的应力条件下，（＾＞（＾＞（＾＞０，即试件??受到在三个相互正交方向上但大小不等力的作用。常规三轴试验是试件受三个大小不全??相等方向相互垂直的应力作用，（＾＞（１２?＝?〇３＞０，即试件受到围压（ａ２、ｃｒ３）作用。??本章将采用常规三轴试验。??Ｇ－??＾１??ＣＤ／??ｚ?ｉ巧?１??Ｖ?Ｌ??｜?ＣＦｉ??图３三轴试验原理示意图??Ｆｉｇ．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ?ａｘｉｓ?ｔｅｓｔ??１０??

一直加载到试件破坏为止，随后可以直接获??得试件应力应变曲线。根据应力应变曲线及Ｃｏｕｌｏｍｂ强度理论可以求得弹性模量、内摩??擦角等所需物理力学参数。图４是三轴试验试件受力图及力学参数求解曲线。??ａ３?ＷＡａ??ｒ－１！?＾ｎ／＿??／??ａ３?＾?＾?ａ３?ａ３?＾?＾?ａ３??！?ｌ?▲??ＣＪ３?（Ｊｌ??（０）周围＿压作用?（ｂ）破坏时轴向主应力??▲?ＣＴｉ?ｉｉ?ｘ??／?厂??Ｚ?一?ｃ?１?＇?ｉ?＇?ＣＴ，??——Ｓｉ——??（ｃ）应力与轴向应变?（ｃ）莫尔破坏包线??图４三轴试验原理??Ｆｉｇ．４?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ?ａｘｉｓ?ｔｅｓｔ??图４?（ａ）是试验试件加载完轴向压力与围压条件下的应力状态图，此时试件处于静??水压状态〇３），不发生任何的剪切破坏。图４?（ｂ）是轴向应力增加，试件发??生剪切破坏的受力示意图，试件剪切破坏角度与围压的大小有关。当??试件完全破坏后，可以根据三轴试验计算机系统输出应力应变曲线，如图４?（ｃ），根据??应力应变曲线及相关数据继续求得所需力学参数。图４（ｄ）是试件破坏强度包线，可以??１１??
【参考文献】

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本文编号：2874081